اتصالات البيانات التسلسلية

الاتصال التسلسلي هو النهج الأكثر استخداماً لنقل المعلومات بين معدات معالجة البيانات والأجهزة الطرفية، كما يعني الاتصال تبادل المعلومات بين الأفراد من خلال الوثائق المكتوبة والكلمات الشفهية والدروس الصوتية والمرئية.

ما هي الاتصالات التسلسلية؟

الاتصالات التسلسلية: هي الاتصالات التي تكون البيانات في شكل نبضات ثنائية، أي أنّ “Binary One” يمثل منطقاً عالياً أو “5 فولت”، ويمثل الصفر منطقاً منخفضاً أو “0 فولت”، كما يتخذ الاتصال عدة أشكال حسب نوع وضع الإرسال ونقل البيانات، ويتم تصنيف أوضاع الإرسال على أنّها “Simplex” و”Half Duplex” و”Full Duplex”، وسيكون هناك مصدر يُعرف أيضاً باسم المرسل ووجهة تسمى أيضاً جهاز الاستقبال لكل وضع إرسال.

أوضاع الاتصالات التسلسلية:

يتم إرسال بيانات الاتصال التسلسلي في شكل بتات أي نبضات ثنائية ومن المعروف جيداً أنّ الرقم الثنائي يمثل المنطق “HIGH” ويمثل الصفر المنطق المنخفض، وهناك عدة أنواع من الاتصال التسلسلي حسب نوع وضع الإرسال ونقل البيانات، ويتم تصنيف أوضاع الإرسال على أنّها:

1- طريقة Simplex:

طريقة “Simplex”: هي تقنية اتصال أحادية الاتجاه، وعميل واحد فقط إمّا المرسل أو المستلم نشط في كل مرة، وإذا أرسل المرسل يمكن لجهاز الاستقبال قبوله فقط، والإرسال الإذاعي والتلفزيوني هما مثالان على الوضع البسيط.

2- طريقة Half Duplex:

في وضع “Half Duplex” يكون كل من المرسل والمستقبل نشطين ولكن ليس في وقت واحد أي إذا قام المرسل بالإرسال، فيمكن للمستقبل القبول ولكن لا يمكنه الإرسال والعكس صحيح، ومثال عليه الإنترنت، وإذا أرسل عميل كمبيوتر محمول طلباً لصفحة ويب يقوم خادم الويب بمعالجة التطبيق وإرسال المعلومات مرة أخرى.

3- طريقة Full Duplex:

يستخدم وضع “Full Duplex” على نطاق واسع في الاتصالات في العالم، كما يمكن لكل من المرسل والمستقبل الإرسال والاستلام في نفس الوقت، ومثال على ذلك هو الهاتف الذكي، وبصرف النظر عن هذا لنقل البيانات بشكل مناسب تلعب الساعة دوراً مهماً وهي أحد المصادر الأساسية، وينتج عن عطل في الساعة نقل بيانات غير متوقع حتى في بعض الأحيان فقدان البيانات، لذلك تُصبح مزامنة الساعة مهمة جداً عند استخدام الاتصال التسلسلي.

أساسيات الاتصالات التسلسلية:

قد يكون كل جهاز هو جهاز الكمبيوتر الشخصي الخاص بك أو الهاتف المحمول الذي يعمل على بروتوكول تسلسلي، والبروتوكول هو الشكل الآمن والموثوق للاتصال الذي يحتوي على مجموعة من القواعد التي يعالجها المضيف المصدر “المرسل” والمضيف الوجهة “المستقبل”.

في النظام المضمن يُعد الاتصال التسلسلي طريقة لتبادل البيانات باستخدام طرق مختلفة في شكل ثنائي رقمي تسلسلي، وبعض الواجهات المعروفة المستخدمة في تبادل البيانات هي “RS-232” و”RS-485” و”I2C” و”SPI”، وكما أنّ “Endianness” هي طريقة تخزين البيانات في عنوان ذاكرة معين.

واعتماداً على محاذاة البيانات يتم تصنيف “endian” على أنّه يمكن أن يحدث نقل البيانات بطريقتين هما الاتصال التسلسلي والاتصال الموازي، والاتصال التسلسلي هو تقنية تستخدم لإرسال البيانات شيئاً فشيئاً باستخدام سلكين، أي جهاز الإرسال والمستقبل.

لكل نبضة على مدار الساعة يرسل جهاز الإرسال جزءاً واحداً من البيانات إلى جهاز الاستلام، وينقل الاتصال الموازي “8 بت” و”16 بت” أو “32 بت” من البيانات في المرة الواحدة، كما تستخدم الطابعات وآلات الاتصال المتوازي لنقل البيانات بشكل أسرع.

1- تزامن الساعة في الاتصالات التسلسلية:

الساعة مختلفة للأجهزة التسلسلية وهي مصنفة في نوعين بمعنى، والواجهة التسلسلية المتزامنة والواجهة التسلسلية غير المتزامنة.

• “I2C” هي اختصار لـ “Inter-Integrated Circuit”.

• “SPI” هي اختصار لـ “Serial Peripheral Interface”.

2- الشروط المتعلقة بالاتصال التسلسلي:

بصرف النظر عن مزامنة الساعة هناك أشياء معينة يجب تذكرها عند نقل البيانات بشكل تسلسلي مثل معدل الباود واختيار بت البيانات أي الإطارات والمزامنة والتحقق من الأخطاء.

1- معدل الباود:

معدل الباود: هو المعدل الذي يتم فيه نقل البيانات بين المرسل والمستقبل في شكل بت في الثانية ومعدل الباود الأكثر شيوعاً هو “9600”، ولكن هناك اختيار آخر لمعدل الباود مثل “1200” و”2400″ و”4800″ و”57600″ و”115200″، حيث كلما زاد معدل الباود سيكون عائق وسيتم نقل البيانات في المرة الواحدة، وأيضاً بالنسبة لاتصالات البيانات يجب أن يكون معدل البث بالباود هو نفسه لكل من المرسل والمستقبل.

2- التأطير:

يشير التأطير إلى عدد بتات البيانات التي سيتم إرسالها من المرسل إلى المستقبل، ويختلف عدد بتات البيانات في حالة التطبيق، كما يستخدم معظم التطبيق “8 بتات” باعتبارها بتات البيانات القياسية ولكن يمكن تحديدها على أنّها “5 بت” أو “6 بت” أو “7 بت” أيضاً.

3- التزامن:

بتات التزامن مهمة لتحديد جزء من البيانات، ويخبر بداية ونهاية بتات البيانات، كما سيقوم جهاز الإرسال بتعيين بتات البدء والإيقاف لإطار البيانات، وسيقوم جهاز الاستقبال بتحديدها وفقاً لذلك وإجراء مزيد من المعالجة.

4- التحكم في الخطأ:

يلعب التحكم في الخطأ دوراً مهماً أثناء الاتصال التسلسلي، حيث توجد العديد من العوامل التي تؤثر على الضوضاء وتضيفها في الاتصال التسلسلي، وللتخلص من هذا الخطأ يتم استخدام بتات التكافؤ حيث يتحقق التكافؤ من التكافؤ الفردي والزوجي.

لذلك إذا كان إطار البيانات يحتوي على عدد زوجي من 1، فإنّه يُعرف بالتكافؤ الزوجي ويتم تعيين بت التكافؤ في السجل على 1، وبالمثل إذا كان إطار البيانات يحتوي على عدد فردي من 1 فإنّه يُعرف باسم التكافؤ الفردي ويمسح بت التكافؤ الفردي في السجل.

آلية عمل الاتصال التسلسلي:

تستخدم وحدة المعالجة المركزية المتقدمة مثل وحدة التحكم الدقيقة والمعالج الدقيق الاتصال التسلسلي للتواصل مع العالم الخارجي وكذلك على الأجهزة الطرفية للرقاقة، فمثلاً نأخذ إذا كنت تريد إرسال ملف موجود في الكمبيوتر المحمول إلى الهاتف الذكي، فربما سترسله باستخدام بروتوكول “Bluetooth” أو “Wi-Fi“.

خطوات إنشاء الاتصال التسلسلي:

1- أضف الاتصال:

سيبحث الكمبيوتر المحمول عن أجهزة قريبة من “100 متر” وسيسرد الأجهزة التي تم العثور عليها وغالباً ما تسمى هذه العملية التجوال.

2- حدد الجهاز الذي تريد الاتصال به:

للاتصال بهاتفك المحمول يجب إجراء الاقتران، والتكوين الافتراضي موجود بالفعل في البرنامج لذلك لا حاجة لتكوين معدل البث بالباود يدوياً،، وأبعد من ذلك هناك أربع قواعد غير معروفة وهي معدل البث بالباود واختيار بت البيانات أي تأطير وبت بدء التوقف والتكافؤ.

بروتوكولات الاتصال التسلسلي:

البروتوكول هو مجرد لغة مشتركة يستخدمها النظام لفهم البيانات، كما ينقسم بروتوكول الاتصال التسلسلي إلى أنواع، أي متزامن وغير متزامن.

هناك أنواع مختلفة من نقل البيانات المتاحة في الإلكترونيات الرقمية مثل الاتصال التسلسلي والاتصال المتوازي، وبالمثل تنقسم البروتوكولات إلى نوعين مثل بروتوكول الاتصال التسلسلي وبروتوكولات الاتصال الموازية.

من أمثلة بروتوكولات الاتصال الموازي “ISA” و”ATA” و”SCSI” و”PCI” و”IEEE-488″، وبالمثل هناك العديد من الأمثلة على بروتوكولات الاتصال التسلسلي مثل “CAN” و”ETHERNET” و”I2C” و”SPI” و”RS232″ و”USB” و”1-Wire” و”SATA”.

• “ISA” هي اختصار لـ “Industry Standard Architecture”.

• “USB” هي اختصار لـ “Universal Serial Bus”.

• “SATA” هي اختصار لـ “Serial Advanced Technology Attachment”.

• “CAN” هي اختصار لـ “Controller Area Network”.

• “ATA” هي اختصار لـ “Analog Telephone Adaptor”.

• “PCI” هي اختصار لـ “Peripheral Component Interconnect”.

• “SCSI” هي اختصار لـ “Small Computer System Interface”.

• “IEEE” هي اختصار لـ “Institute of Electrical and Electronics Engineers”.